Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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La présente invention est relative à une
installation à lit fluidisé, notamment pour le traitement thermique de
produits métalliques, tels que des fils, barres, etc..., comprenant au moins
une chambre remplie partiellement d'un matériau pulvérulent en suspension
5 dans un gaz et au moins un diffuseur, prévu à proximité du fond de cette
chambre, à partir duquel le gaz peut être introduit et réparti d'une manière
sensiblement continue dans cette dernière.
Le traitement thermique d'objets métalliques
au moyen d'un lit fluidisé est une technique connue en soi.
Ainsi, pour cette application particulière, le lit
fluidisé fonctionne au moyen d'un gaz transférant des calories à un matériau
pulvérulent approprié, tel que du sable qui de son côté transmet sa propre
chaleur aux objets à traiter.
La transmission de la chaleur aux objets à
5 échauffer est fonction de divers paramètres, tels que de la nature des gaz
et de leur température, ainsi que de la nature et de la dimension des
particules du matériau pulvérulent et de la vitesse ascendante du gaz,
appelée vitesse de fluidisation.
Cette vitesse ascendante du gaz doit être
20 contr~lée dans des limites relatlvement étroites pour obtenir un lit fluldisé en régime réguller et stable.
En effet, si la vitesse est trop importante, des
particules du matériau pulvérulent sont entraînées hors du lit fluidisé, tandis
que, si la vitesse est trop faible, le matériau pulvérulent ne peut pas etre
25 maintenu en suspension et se dépose au moins partiellement en forme de
tas, de sorte que l'échange thermique entre le matériau pulYerulent et la
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charge, tel que les fils métalliques à traîter, devient pratiquement
ine:~istant.
Par ailleurs, puisque le gaz de fluidisation
constitue également un véhicule pour le transfert des calories entre le
5 matériau pulvérulent et la charge à traîter, la quantité de calories
échangées sera fonction du débit de gaz traversant le lit fluidisé.
Ainsi, étant donné les exigences posées à la
vitesse et par conséquent au débit du gaz utilisé, il est pratiquement exclu
de pouvoir régler entre des limites relativement larges la quantité de
10 calories à transmettre à la charge à traîter dans le lit fluidisé.
Si la température exigée du gaz est relati-
vement élevée, un risque, non négligeable existe que le diffuseur se
détériore rapidement.
Un des buts de l'invention consiste à remédier
à cet inconvénient par des moyens relativement simples mais très efficaces.
A cet effet, I'installation suivant l'invention,
comprend des moyens pour maintenir une recirculation de gaz dans le
diffuseur.
Avantageusement, le diffuseur comprend au
20 moins un élément d'allure tubulaire en forme de boucle fermée raccordé à
une source de gaz sous pression ou présentant une certaine énergie
cinétique, d'une manière telle que le gaz soit introduit dans cette boucle
suivant un sens bien déterminé et qu'ainsi une partie de ce gaz puisse
circuler en circuit fermé suivant ce sens dans la boucle, des perforations
25 étant prévues dans la paroi de l'élément tubulaire permettant à l'autre
partie du gaz d'être réparti dans la chambre précitée.
Suivant une forme particulière de l'invention,
I'élément tubulaire précité est monté à une certaine distance au-dessus du
fond de la chambre, tandis que les perforations sont prévues sur le côte
30 inférieur de cet élément et sont dirigés vers le fond du lit.
Suivant une forme de réalisation préférée de
l'invention, pour permettre de régler le transfert des calories entre le
matériau pulvérulent et la charge à tra~ter sans perturber la fluidisation, la
chambre précité~ presente une forme allongée et est divisée, suivant sa
direction longitudinale, en au moins deux zones adjacentes successives, au
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moins un diffuseur étant prévu pour chaque zone, le diffuseur d'une zone
étant commandé indépendamment de celui de l'autre zone, de manière à ce
qu'une des zones puisse être mise hors service ou être alimentée par un
autre gaz, p.e. à température différente, sans influencer l'autre zone.
D'autres détails et particularités de l'invention
ressortiront de la description, donnée ci-après, à titre d'exemples non
limitatifs, de quelques formes de réalisation particulières de l'invention,
avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue latérale, avec brisure
partielle, d'une forme de réalisation particulière d'une installation à lit
fluidisé suivant l'invention.
La figure 2 est une représentation partielle
schématique d'une coupe suivant la ligne 11-11 de la figure 1.
La figure 3 est une coupe transversale suivant
les lignes 111-111 de la figure 1.
La figure 4 montre, à plus grande échelle et
en coupe, un détail de cette forme de réalisation particulière.
La figure 5 est une représentation schématique
partielle et en coupe transversale d'une variante d'une installation à lit
fluidisé suivant l'invention.
Dans les différentes figures les mêmes chiffres
de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
Les figures représentent une installation
constituée par un four à lit fluidisé destiné à soumettre des fils, barres ou
tubes, défilant de manière continue à travers ce lit, à un traitement
thermique.
Ce four comprend une chambre I remplie
partiellement de matériau pulvérulent 2 en suspension dans un gaz et un
diffuseur 3 prévu à proximité du fond ~ de cette chambre, à partir duquel le
gaz peut être introduit et réparti d'une manière sensiblement continue dans
cette chambre.
Dans cette forme de réalisation particulière, le
diffuseur est constitué d'un élément d'allure tubulaire en forme de boucle
fermée raccordé à un brûleur 6 à combustion interne, d'une manière telle
que le gaz de combustion de ce bruleur soit introduit dans cette boucle
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suivant un sens bien déterminé, comme indiqué par la flèche 7, et qu'ainsi
une partie de ce gaz puisse circuler en circuit fermé suivant ce sens dans la
boucle, des perforations 8 étant prévues dans la paroi de l'élément tubulaire
3 pour permettre à l'autre partie du gaz d'être introduite et répartie dans
5 la cha.mbre 1, comme montré par les flèches 5 sur la figure 4.
Cet élément tubulaire 3 est monté à une
légère distance au-dessus du fond 4 de la charnbre I et les perforations 8
sont prévues sur le côté inférieur de l'élément tubulaire et sont donc
dirigées vers le fond 4 de la chambre 1.
Plus particulièrement, I'élément tubulaire 3
présente, dans cette forme de réalisation, une section circulaire et les
perforations 8 sont réparties sensiblement uniformément de part et d'autre
d'un plan vertical 9 passant par l'axe 10 de l'élément 3, comme montré
clairement à la figure 4.
Ainsi, le gaz sortant de l'élément 3 par les
perforations 8 lèche, de part et d'autre de ce plan 9, la paroi extérieure de
l'élément 3 en le refroidissant et en empêchant qu'un dépôt de matériau
pulvérulent se forme sur son côté supérieur.
Il a été constaté que de bons résultats sont
20 obtenus si les perforations 8 sont situées à une distance angulaire $ du planvertical 9 par rapport à l'axe 10 de l'élément 3 est comprise entre 5 et 10,
de préférence de l'ordre de 7,5.
Des ailettes 11 enfilées et soudées à une
certaine distance les unes par rapport aux autres dans des plans verticaux
25 sur l'élément 3 permettent de contrôler parfaitement le courant de gaz
ascendant sortant des perforations 8 et ainsi d'éviter que des chemins
préférentiels de gaz se forment dans le matériau pulvérulent 2.
Pour la clarté, ces allettes n'ont pas éte
représentées sur la figure 4.
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Il est également très important de noter que
ces ailettes influencent favorablement le transfert de la chaleur du
diffuseur 3 aux particules en mouvement du matériau pulvérulent 2.
Etant donné que le four suivant cette forme
5 de réalisation particulière de llinvention est destiné au traitement d'objets
longs tels, que des fils, barres, tubes etc..., la chambre I présente la forme
d'un tunnel et est divisée, suivant sa direction longitudinale, en plusieures
zones adjacentes successives, dans chacune desquelles un ou plusieurs
diffuseurs 3 sont prévus.
La figure 1 montre une première zone 12 et
une partie d'une deuxième zone adjacente 13.
Les diffuseurs d'une zone. par e~emple de la
première zone 12, sont commandés indépendamment de ceu~ des autres
zones, notamment de la deuxième zone adjacente 13, de sorte qu'il est
possible d'adapter la longueur totale du lit fluidisé en fonction des calories
nécessaires et du traitement de la charge traversant la chambre 1.
A cet égard, il est possible soit de mettre
hors service une ou plusieurs zones, soit de faire varier la température
d'une zone par rapport à celle d'une autre zone.
11 est donc également possible de changer la
nature du gaz introduit dans une zone déterminée par rapport à celui
introduit dans une ou plusieurs autres zones.
Avantageusement, les zones adjacentes sont
séparées l'une de l'autre par deux portions de cloison sensiblement
25 perpendiculaires 14 et 15.
La portion 14 s'étend dans la partie inEérieure
de la chambre 1, latéralement par rapport aux diEfuseurs 3, I'autre portion
étant agencée dans la partie supérieure de la chambre 1, dans le plan de la
portion 14, et slétend jusqulà une certaine profondeur dans le materiau
30 pulvérulent 2, lorsque ce dernier n'est pas fluidisé.
L'ouverture 16 ménagée entre ces deux
portions de cloisons 14 et 15 est destinée au passage de la charge,
notamment des fils, tubes ou barres d'une zone à la zone suivante de 'a
chambre 1.
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Dans la forme de réalisation montrée aux
figures 1 à 3, ces fils, tubes ou barres ont été désignés par la référence 17
et se déplacent suivant une nappe sensiblement horizontale à une certaine
distance les uns par rapport aux autres dans le sens de la flèche 1~ au
5 travers de la chambre I, dans le sens longitudinal de cette dernière.
La chambre I présente latéralement, à une de
ces extrémités, une entrée 19 pour ces fils, tubes ou barres 17 située
quelque peu en-dessous du niveau du matériau pulvérulent 2, lorsque
celui-ci se trouve dans un état non fluidisé, et une sortie 20 à l'extrémité
opposée de cette chambre 1, sensiblement au même niveau que l'entrée 19.
Si nécessaire, aussi bien l'entrée 19 que la
sortie 20 peuvent être obturées par un bouchon de matériau pulvérulent non
fluidisé, par exemple pour réduire autant que possible les pertes
calorif iques.
Dans l'ouverture 16 entre les portions de
cloisons 14 et 15, en-dessous de l'endroit pour le passage des fils, tubes ou
barres 17 sont prévus des déflecteurs en forme de V 21 qui permettent de
dévier le courant ascendant de gaz provenant des diffuseurs 3, comme
montré par les flèches 22. Ceci a comme conséquence de former,
20 au-dessus de ces déflecteurs un bouchon 23 de matériau pulvérulent peu ou
non fluidisé à travers lequel les fils, tubes ou barres peuvent se déplacer.
Comme montré à la figure 1, au moment où
ces fils, barres ou tubes 17 traversent l'ouverture 16, ils reposent sur un
appui cylindrique fixe 24 contre la face inférieure duquel sont fixés les
25 déflecteurs 21.
Ainsi, le bouchon peut avantageusement se
former sur cet appui 24.
Afin d'assurer une séparation aussi efIicace
que possible entre deux zones adjacentes 12 et 13 la portion de cloison
30 inférieure 14 s'étend à partir du fond 4 de la chambre jusqu'aux déflecteurs
21.
Les zones mêmes peuvent egalement être
subdivisées en compartimen~i transversaux par rapport à l'axe longitudinal
de la chambre 1.
'
Dans la forme de réalisation montrée à la
figure 1, la première zone 12 est répartie en quatre compartiments 25, 26,
27, 2~.
Deux compartiments consécutifs sont chaque
5 fois séparés l'un de l'autre par des portions de cloison 29 et 30, quelque
peu analogues aux portions de cloison 14 et 15 séparant des zones
consécutives 12 et 13.
Dans la forme de réalisation représentée, la
seule différence réside dans le fait que la séparation entre deux
10 compartiments consécutifs est formée, dans la partie inférieure de la
chambre 1, par une portion de cloison 29, qui s'arrête à une certaine
distance des déflecteurs 21' prévus dans l'ouverture de passage 16', erltre
deux compartiments consécutifs et au dessus desquels sont également
prévus des appuis 24' pour les fils, barres ou tubes 17.
Ceci a donc comme conséquence que, comme
pour la séparation entre deux zones consécutives 12 et 13, un bouchon 23'
analogue peut se former entre deux compartiments consécutifs.
Toujours dans le but de contraler, d'orienter
et de répartir sensiblement uniformément le courant de gaz ascendant sous
20 forme d'une succession de bulles régulières, en mélange intime avec le
matériau pulvérent 2 maintenu en suspension et en mouvement, il peut être
utile de prévoir des plaques de guidage latéralement de part et d'autre du
diffuseur 3.
Dans la figure 1, on prévoit deux diffuseurs
25 par compartiment séparés l'un de l'autre par une plaque de guidage 31 et
présentant de leur côté opposé, comme plaque de guidage, des portions de
cloisons 29 séparant deux compartiments consécutifs l'un de l'autre.
Dans le dernier compartiment une des plaques
de guidage est donc forrmée par la portion de paroi 14.
Si on considère l'ensemble formée par les
ailettes 11 et les plaques de guidage 31 dont certaines sont formées par
des portions de cloisons 14 et 29, on constate que la partie inférieure de la
chambre I présente en fait au niveau des diffuseurs 3, sur toute la surface
du fond 4 des conduites verticales fictives juxtaposées dans chacune
desquelles se forme un courant ascendant sensiblement homogène de bulles
de gaz maintenant le matériau pulvérulent en suspension et en agitation
dans la chambre 1.
Toujours dans la forme de réalisation
montrée aux figures, les bruleurs 6, qui alimentent séparément chacun des
5 diffuseurs 3 sont des bruleurs alimentés au moyen de mélangeurs 32
délivrant un rapport d'air comburant et de gaz combustible qui est
indépendant du débit, de sorte que le contrôle de la composition du
mélange gazeux alimenté au bruleur est assuré quelque soit le régime de
fonctionnement du lit fluidisé.
Comme montré aux figures 2 et 3, le
mélange de gaz comburant tel que de l'air, et de gaz combustible est
armené par la conduite 33. Ce mélange est réalisé dans des proportions
appropriées dans un mélangeur 46 auquel sont raccordés une arrivée d'air
47 et une arrivée de gaz 48.
L'allumage du brûleur 6 a lieu au moyen
d'une électrode 34, tandis qu'un détecteur U.V. 44 est prévu pour
permettre de contrôler la présence de la flamme.
De plus, il peut être envisagé de diluer le
gaz de combustion sortant du brûleur et entrant dans le diffuseur 3 par un
20 gaz relativement froid permettant ainsi de régler le debit et la
température du gaz dans le diffuseur 3. Cette amenée peut par exemple
être constituée par une conduite 35 débouchant en aval de la bouche de
sortie du brûleur 6.
Dans ce même ordre d'idées ce gaz de
25 dilution peut être constitué par du gaz d'évacuation provenant du lit
f luidisé.
Ceci peut par exemple être réalisé en
déviant une partie du gaz évacué par une cheminée 36 prévue au-dessus de
la chambre I et ramenee vers la sortie de br~leur par une conduite non
30 réprésentée aux figures.
D'autres possibilités consistent à faire usage
d'un échangeur de chaleur, non représenté, monté en-dessous de la voûte
37 du four, dans le courant de gaz d'évacuation vers la cheminée 36, par
lequel aussi bien de l'air comburant que de l'air de dillution pourrait être
échauffé.
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Pour éviter l'entrainement de particules du
matériau pulvérulent, constituant le lit fluidisé, des plaques de retenue 3~
peuvent être placées en amont de la cheminée 36 permettant ainsi de
créer un chemin en zig-zag pour le gaz se dirigeant vers cette dernière.
Enfin, du matériau pulvérulent, qui serait
entraîné par les fils, barres ou tubes 17 se déplaçant dans la chambre I
pourrait être récupéré à la sortie 20 de la chambre I et être ramené dans
une trémie 39 prévue à l'entrée 19 de la chambre.
Pour maintenir les fils, barres ou tubes 17 à
une distance sensiblement constante et régulière les uns par rapport aux
autres lors de leur défilement dans la chambre 1, ceux-ci pourraient être
guidés dans un peigne 40 placé dans l'entrée 19.
Dans la forme de réalisation montrée aux
figures 1 à 4~ le four comporte deux chambres 1 placées en parallèle l'un
à côté de l'autre suivant l'axe longitudinal du our. Ces deux chambres I
sont séparées l'une de l'autre par une cloison 41.
Comme il résulte donc clairement des figures
2 et 3, ces deux chambres sont sensiblement identiques et comprennent
chacune un nombre identique de compartiments, zones et diffuseurs.
11 s'agit en fait d'un double four.
Dans ce four on peut donc faire passer des
fils, barres ou tubes simultanément dans les deux chambres juxtaposées ou
dans une des deux chambres ou encore on peut agir différemment sur les
lits fluidisés de chacune de ces chambres.
La figure 5 montre schématiquement une
coupe transversale perpendiculaire à l'axe d'une installation à lit fluidisé
suivant une autre forme de réalisation de l'invention.
Cette installation se distingue essentiel-
lement par rapport à celle des figures I à ~ par le fait que le diffuseur 3
est constitué d'un caisson agencé en-dessous du fond 4 de la chambre I et
séparé de cette dernière par l'intermédiaire d'une grille 42 noyée dans le
fond 4. Ce caisson communique d'un côté avec une source de gaz sous
pression ou présentant une certaine énergie cynétique, telle qu'une bouche
de sortie d'un brûleur 6, le caté opposé de ce caisson 3 présentant une
sortie 45 vers une conduite de recirculation 43 reliée à l'endroit où la
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I,
source de gaz communique avec le caisson.
Ainsi, il est possible, suivant l'invention, de
maintenir une recirculation constante d'une partie du gaz dans le
diffuseur, pendant qu'une autre partie traverse la grille 42 pour soulever
5et a~iter le matériau pulvérulent 2 dans la chambre 1.
Cette recirculation permet, d'une façon
sensiblement imprévue, comme d'ailleurs dans le diffuseur montré à la
figure 3, de maintenir la température des parois de celui-ci en-dessous de
certaines limites.
1ODes moyens peuvent etre prévus pour régler
le débit de recirculation, plus particulièrement le rapport entre ce débit
et le débit de gaz traversant la grille 42. Ces moyens peuvent p.e. être
constitués par un clapet, non représenté à la figure 5, permettant de faire
varier la section de l'ouverture de sortie 45. Ces moyens peuvent
également comprendre un système pour régler la section de passage à
travers la grille, notamment la section des orifices ou le nombre d'orifices
ouvertes de cette grille.
Si on désire contrôler le volume du lit
fluidisé, il est possible de prévoir plusieurs caissons séparés disposés l'un à
zOcôtc de l'autre en-dessous du fond de la chambre 1, qui chacun sont
alimentés par une source de gaz différente et indépendante. de manière
donc à pouvoir exercer sensiblement le même contrôle sur le lit fluidisé
qu'avec la forme de réalisation des diffuseurs suivant les figures I à 4.
D'une façon générale, le rapport entre le gaz
25recirculé dans le diffuseur 3 et le gaz introduit dans la chambre I peut
varier entre des limites très larges. De très bons résultats ont cependant
été obtenus avec une recirculation de gaz comprise entre 75 et 95 ~o du
débit total.
Pour permettre d'illustrer davantage l'objet
30de la demande de brevet, ci-après est donné un exemple d'application
concret d'un traitement recuit de fils dans le four tel que représenté aux
figures I à 4 et comprenant quatre zones successives, divisées chacunes en
quatre compartiments.
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C~ractéristiques
Nombre de fils: 24 (acier doux)
Diamètre de fils: 1,6 à 6,35 mm
Distance entre 2 fils: 38 mm
Largeur de la nappe de fils: 876 mm
Vitesse de fils: dV = 90
Vitesse maxi: 56 m/min.
Production maxi: 2000 kg/h
Longueur immergée des fils: l0 m
10 Largeur intérieure: 1 m
Hauteur intérieure: 860 mm
Nombre de zones de chauffage: 4
Nombre de brûleur par zone: 16
Puissance installée: 528.000 Kcal/h
15 Température du bain: (lière zone: 550, 2ième zone: 695, 3ième zone:
782, 4ième zone: 680)
Caractéristiques du matériau pulvérulent:
- granulométrie: 90 à 125 microns
- analyse: perte au feu: 0;20 %
SiO2: 99 %
Fe2O3: + 0,0s %
TiO2: + 0,06 %
CaO: + 0,03 %
a2O + K2O: + 0,04 %
11 est bien entendu que l'invention n'est pas
limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus et que bien des
variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de la présente
invention.
C'est ainsi, par exemple, que l'installation
30 peut également être conçue pour le ref roidissement ou le traitement
chimique de tout type d'objet.
Aussi, il peut s'agir d'une installation à lit
fluidisé discontinu, quoique bien entendu une préférence prononcée soit
donnée aux installations de traitement continu.
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L'installation suivant l'invention convient
particulièrement pour remplacer les bains de plomb, qui servent
actuellement au traitement de fils et notamment à la trempe et le recuit
de fils, ce traitement exigeant des zones de chauffage et de
refroidissement successives.
